(57)【要約】【課題】電熱器を位相制御したときの電源電流高調波を一定の限度値以内に収めかつ、許容電力の向上を図ること【解決手段】制御手段４は制御角設定部５と点弧角制御部６を備え、点弧角制御部６は制御角設定部５の設定値に対して接点手段３が点弧するタイミングを＋δ、−δ、＋δ・・・となるように変化させて電熱器２の電力を制御する。これによって電源電流の奇数次（３次、５次、７次・・・）の高調波を軽減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータなどの抵抗体と、前記抵抗体に商用電源の電圧を供給する接点手段と、前記接点手段の開閉を制御する制御手段を有し、前記制御手段は前記抵抗体の通電量を制御する制御各設定部と前記開閉手段の点弧するタイミングを制御する点弧角制御部を有するとともに、前記点弧角制御部は前記商用電源のｎ／２周期（ｎは3以上の奇数）を繰返し周期とし、前記接点手段が点弧するタイミングを前記繰返し周期内で前記制御角設定部の設定値に対して交互に所定の進み位相と所定の送れ位相で点弧するように制御する電熱器。
【請求項２】
接点手段はトライアックによって構成した請求項１記載の電熱器。
【請求項３】
接点手段に直列にインダクタを接続した請求項１または２記載の電熱器。
【請求項４】
インダクタに並列に第２の開閉手段を接続した請求項３記載の電熱器。
【請求項５】
第２の開閉手段は点弧角制御部が開閉手段を点弧させてから所定の時間遅延して点弧する請求項４記載の電熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電熱器に関するもので、特に、電熱器の電力制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電熱器の制御について図面を用いて説明する。従来の電熱器２の電力の制御は商用電源１の周波数に対してある程度長い周期で電熱器をオンオフする断続制御、あるいはもう少し短い周期（電源周期数パルス程度）で通電、オフを繰り返す間引き制御を取ることが一般的である。また、図８のようにトライアック３のような半導体素子を接続することによって、電源周期の決まった角度で通電する位相制御によって連続的な電力制御を行うものも広く知られており、このような制御をした場合、電熱器に流れる電流波形は図９のような電流波形となり、トライアック３の点弧角によって電熱器２の印加電圧を調整することによってその電力が調整される。特に特許文献１では電源のピーク位相からずれた時点でトライアック３を点弧することによって急激な電流変化による周辺装置への影響を軽減する構成が開示されている。
【特許文献１】特開平６−５１８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述のトライアック３による位相制御においては電流波形の高調波を分析すると、図１０のようになり電源電流の基本周波数成分に加えその奇数倍の周波数が現れることになる。特に、トライアック３の点弧角を９０度としたときが最も高調波が多く現れる。一方、電源電流高調波に対してはＩＥＣ６１０００−３−２によって商用電源の高調波電流に対する限度値が規格化されている。位相制御した場合、この限度値によって入力しうる最大電力は所定の値以下に制限されてしまう。たとえば１００Ｖの商用電源の場合はおよそ７００Ｗでこの限度値に達してしまう。
【０００４】
本発明は、上記の従来の電熱器の位相制御による電源電流高調波の発生を軽減し許容電力を増加せしめる制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記従来の課題を解決するために、本発明の電熱器において前記点弧角制御部は前記商用電源のｎ／２周期（ｎは3以上の奇数）を繰返し周期とし、前記接点手段が点弧するタイミングを前記繰返し周期内で前記制御角設定部の設定値に対して交互に所定の進み位相と所定の送れ位相で点弧するように制御する。
【０００６】
これによって電源電流の奇数次（３次、５次、７次・・・）の高調波を軽減することができる。
【０００７】
また、接点手段にインダクタを直列に挿入する構成としたものである。
【０００８】
これによって接点手段が点弧するタイミングの突入電流の急激な立ち上がりを緩和することができるので数十次以上の高い周波数域の高調波を全体的に軽減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電熱器の制御方法によれば電源電流の高調波を軽減することができるので、位相制御した場合の入力電力の限界値を上げることができ、電熱器の許容電力を増加せしめることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、ヒータなどの抵抗体と、前記抵抗体に商用電源の電圧を供給する接点手段と、前記接点手段の開閉を制御する制御手段を有し、前記制御手段は前記抵抗体の通電量を制御する制御各設定部と前記開閉手段の点弧するタイミングを制御する点弧角制御部を有するとともに、前記点弧角制御部は前記商用電源のｎ／２周期（ｎは3以上の奇数）を繰返し周期とし、前記接点手段が点弧するタイミングを前記繰返し周期内で前記制御角設定部の設定値に対して交互に所定の進み位相と所定の送れ位相で点弧するように制御することによって、電源電流高調波を低減することができるので、位相制御した場合の電熱器の許容電力を増加せしめることが可能となる。
【００１１】
第２の発明は、特に第１の発明の接点手段をトライアックによって構成することにより、電源電流高調波を低減することができるので、位相制御したときの電熱器の許容電力を増加せしめることが可能となる。
【００１２】
第３の発明は、特に第１ないし第２の発明の接点手段に直列にインダクタを接続することにより、接点手段が点弧した際の急激な電流変化を緩和することができるので、特に数十次以上の高調波電流を軽減することができ、電熱器を位相制御した場合の電熱器の許容電力を増加せしめることが可能となる。
【００１３】
第４の発明は、特に第３の発明のインダクタに並列に第２の開閉手段を接続することによって、インダクタ通過電流を減じることができるためインダクタでの損失を軽減し、不要な損失を軽減することができる。
【００１４】
第５の発明は、特に第４の発明の第２の開閉手段は点弧角制御部が開閉手段を点弧させてから所定の時間遅延して点弧することにより、インダクタとして機能すべき期間のみインダクタに通電させ、インダクタの機能が不要な期間は開閉手段によって短絡することでインダクタでの損失を低減し、不要な損失を軽減することができる。
【００１５】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態の電熱器の回路図である。回路構成は従来の電熱器とほぼ同じ構成となっている。従来の電熱器との相違はトライアック３の点弧角の制御方法にあり、制御手段４は制御角設定部５とトライアック３を点弧する点弧角制御部６を有している。図２はその点弧角の制御方法を示した図である。点弧角制御部６はトライアック３に点弧信号を送ることによって商用電源１のある位相で抵抗体２に電圧を与え、商用電源１のゼロクロスのタイミングで自己消弧する。このため抵抗体２の電流は点弧信号が送られトライアック３が点弧してから商用電源１が零になるまでの期間、電流が流れることとなる。この例では商用電源１の１．５周期を点弧角制御部６の繰返し周期としており、この繰返し周期内でトライアック３は制御各設定部５が設定する制御角に対して所定の時間δ進んだ位相と所定の時間δ送れた位相で点弧することを交互に繰り返す。この図ではもっとも奇数次の高調波が顕著に現れる制御角９０度の場合の電流波形であり、点弧角制御部６によって制御角設定部５が設定する位相制御角が９０度の場合、トライアック３が実際に点弧するタイミングは最初の商用電源の半波は位相角δだけ進んだ位相でトライアック３は点弧し、次の半波で逆にδだけ遅れた位相でトライアック３が点弧する。そして、次の半波で再び位相δ進んで点弧する。次の繰返し周期Ｔ２では先の繰返し周期Ｔ１と正負逆の電流が流れるため、商用電源１には平均的に見ると正負の電流値は同じになるので正または負に偏った電流が流れることが
ない。このように動作した場合の電源電流波形をＦＦＴ解析した結果を図３に示す。特に奇数次の高調波が劇的に減少している。これは従来の制御方法によれば偶数次の高調波がまったくでない状態で動作していたものに対し、本実施の形態の制御方法をとればある程度遇数次の高調波も発生するように制御することによって奇数次の高調波を劇的に減じているものである。このように本実施の形態の電熱器によれば同じ電力を扱っても奇数次に偏っていた高調波電流をある程度偶数次へも分散させることによって同じ高調波の限度値内であっても入力電流を増加させて抵抗体２の許容電力を増加することが可能となる。
【００１７】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態について図４、５を用いて説明する。前述の実施の形態と同一の符号の構成要素は同一の働きをするものでありここでは詳細な動作の説明は割愛する。本実施の形態においてはトライアック３に直列にインダクタ７が挿入されている。インダクタ７は急激な電流変化に対して電流を減流させる働きがあるので、電源電流の波形は図のように急峻には立ち上がらずにある程度の傾きを持って立ち上がる。このため電流波形をＦＦＴ解析した場合に高調波の含有率を低減することができる。当然これは従来の制御方法においても有効な手段であり、高調波を低減することができる。また、電流を減流させる効果はインダクタンス値と相関があり、インダクタンス値が大きいほど減流効果は大きく、これに伴って高調波電流の含有率も低減される。従来の制御方法においては元来含有している高調波成分の絶対値が大きいため、その成分を低減するためのインダクタンス値として数ｍＨ以上の非常に大型なインダクタを必要としてしまう。一方、本実施の形態の制御方法によれば高調波の各次数における成分は軽減されているため、従来の制御方法の場合に必要とされていたインダクタンス値に対して小さなインダクタンス値で電源電流高調波の軽減効果を発揮することができ、装置全体として小型化することができ、また、インダクタ７での損失も小さくすることができるという効果を発揮することができる。
【００１８】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態について図６を用いて説明する。前述の実施の形態と同一の符号の構成要素は同一の働きをするものであり、ここではその詳細な動作について説明することは割愛する。本実施の形態においてはトライアック３に直列に接続されたインダクタ７に並列に第２の開閉手段８が接続された構成となっている。トライアック３は前述の実施の形態と同様に制御角設定部５が設定する位相制御角に対して±δの位相差をもって点弧角制御部６によって点弧して抵抗体２に電流を流す。直列に接続されたインダクタ７は電流の急激な変化を妨げる働きがあるので、トライアック３が点弧したタイミングで起こる電流の急激な変化を緩和するように働く。第２の開閉手段８は図７に示したようにトライアック３が点弧してから所定の時間δ２だけ遅れて点弧する。このように動作することによって第２の開閉手段８が点弧している間はインダクタ７に電流が流れなくなる。このため、この期間での直流抵抗によるインダクタ７での損失がなくなるので、装置全体の損失を低減することができる。また、トライアック３が点弧するタイミングでは第２の開閉手段８はオフしている状態なのでインダクタ７が電流の急激な変化を緩和する効果を妨げることはない。この結果、前述の実施の形態と同様に高調波を低減するという効果を発揮するとともにインダクタでの損失を軽減することができるという効果を発揮することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
以上のように、本発明にかかる電熱器の電力制御方法は、電源電流高調波を所定の限度値に抑制した上で電熱器の許容電力を増加せしめることができるので、面上採暖具や暖房機能付き便座などの電熱器の電力制御に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態における電熱器の制御回路を示す図
【図２】同電熱器の動作波形図
【図３】同電熱器の電流波形のＦＦＴ解析図
【図４】本発明の第２の実施の形態における電熱器の制御回路を示す図
【図５】同電熱器の動作波形図
【図６】本発明の第３の実施の形態における電熱器の制御回路を示す図
【図７】同電熱器の動作波形図
【図８】従来の電熱器の制御回路を示す図
【図９】同電熱器の動作波形図
【図１０】同電熱器の電流波形のＦＦＴ解析図
【符号の説明】
【００２１】
１  商用電源
２  電熱器
３  トライアック（開閉手段）
４  制御手段
５  制御角設定部
６  点弧角制御部
７  インダクタ
８  第２の開閉手段
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図３】
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【図１０】
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